רוב התהליכים באטמוספרה קשורים בצורה זו או אחרת למעברים של חום , שבהם האוויר מתקרר או מתחמם . כדי לטפל בצורה כמותית בתהליכים אלה אנו נדרשים להשתמש בעקרונות הבסיסיים של התרמודינמיקה , תורה מדעית שפותחה במאות ה 18 וה 19 כדי לטפל בבעיות פיסיקליות שונות הקשורות בגלגוליה השונים של אנרגיית החום . בניסוחו הפשוט ביותר , החוק הראשון של התרמודינמיקה הוא , למעשה , ניסוח חלופי לחוק שימור האנרגיה , אשר נכתב בשפה אלגברית כך : ) 1 ( dQ = dU + dW כאשר dQ היא הכמות הכוללת של אנרגיית חום שסופקה לגז , dU הוא החלק מכמות זו שהגדיל את האנרגיה הפנימית של הגז , ו dW היא העבודה שבוצעה על ידי הגז ( למשל , דחיפת בוכנה . ( כאמור , הביטוי הראשון באגף ימין של המשוואה מייצג את אותו חלק מכמות החום , , dQ שהושקע בגידול האנרגיה הפנימית של המערכת . אנרגיה פנימית היא האנרגיה הקינטית של מולקולות האוויר באותה חבילת גז מסוימת , וגידול באנרגיה הפנימית מתבטא בעליית הטמפרטורה של הגז . השינוי בטמפרטורה של יחידת מסה ק"ג 1 ) ) של גז , פרופורציונלי לכמות החום , על פי המשוואה :
אל הספר